2.1 TRANSFORMADOR DE POTENCIA.
En este subtema se describirán algunos de los dispositivos de protección y control, más usuales que son utilizados en un transformador dependiendo de su importancia y de su capacidad podrá tener uno o varios de ellos. Ver figura 2.1.
Figura 2.1
Transformador de Potencia de una Subestación Eléctrica de Distribución
Este dispositivo se utiliza para conocer la temperatura del aceite y con ella poder determinar, si el transformador se encuentra trabajando en condiciones normales.
Normalmente los termómetros traen consigo una aguja de arrastre la cual indica la temperatura máxima alcanzada en un cierto período, en ocasiones también cuenta con terminales que se conectan a una alarma que indicará temperaturas anormales de operación como se muestra en la figura 2.2.
Figura 2.2
Termómetros temperatura del aceite (26Q
Termómetro de temperatura de devanado (49T).
Estos detectores se fabrican de una aleación metálica, la cual al aumentar la temperatura se dilata, lo que provoca una generación de voltaje. Estos dispositivos se emplean para detectar la temperatura de los devanados, normalmente éstos detectores se solicitan con TRO (Termical Relay Overcurrent).
El detector de imagen térmica tiene 3 microswitch y tiene la siguiente secuencia de operación:
1. El microswitch No. 1 el cual está ajustado para cerrar a una temperatura de 70ºC y permite el flujo de la corriente para cerrar un circuito de control (banco de ventiladores 1).
2. El microswitch No. 2 el cual está ajustado para cerrar a una temperatura de 75ºC para cerrar un circuito de control (banco de ventiladores 2).
3. El microswitch No. 3 el cual está ajustado para cerrar a una temperatura de 117ºC el cual manda una alarma y dispara los interruptores de baja y alta tensión para aliviar el incremento de temperatura debido al aumento de la carga. Algunas veces está arreglado el microswitch No. 3 para ser la restricción de carga de los circuitos de distribución para poder así disminuir la temperatura del transformador sin necesidad de que se disparen los interruptores de baja y de alta del transformador como se muestra en la figura 2.3.
Figura 2.3
Relevador de sobretemperatura(49T)
Indicador de nivel de aceite (71Q).
Este dispositivo se emplea para indicar si existe cantidad suficiente de aceite para el enfriamiento del transformador, permitiendo así también la detección de una falla en el sistema de bombeo o una ruptura en el tanque. Este dispositivo tiene dos alarmas una de bajo nivel de aceite y otra de alto nivel de aceite, las cuales solo serán visualizadas en el control supervisorio como una alarma de bajo o alto nivel de aceite. Como se muestra en la figura 2.4.
Figura 2.4
Relevador de nivel líquido(71Q)
La protección Buchholz, es simple y eficaz, y debería emplearse en todos los transformadores en aceite, equipados con depósito de expansión y cualquiera que fuera su potencia. Sin embargo, como no detecta más que los defectos originados en su interior del transformador, debe completarse con dispositivos para la protección de los defectos que se originan en el exterior de la cuba del transformador.
La acción del relevador Buchholz está basada en el hecho de que cualquier accidente que sobrevenga a un transformador, está precedido de una serie de fenómenos sin gravedad, a veces imperceptible, pero que a la larga, conducen a la destrucción del transformador. Por lo tanto habrá que detectar los primeros síntomas de la perturbación y avisar el hecho con una señal acústica o visible; no es necesario en este caso poner fuera de servicio inmediatamente, sino tener en cuenta las circunstancias y desacoplar el transformador cuando lo permitan las condiciones de la explotación.
En la figura 2.5 se observa la representación del interior del relevador Buchholz y, como puede apreciarse, es un aparato compacto de poco volumen y de fácil montaje, previsto generalmente de bridas de empalme de entrada y salida, que permiten montarlo en serie con la canalización que une al transformador con el depósito conservador de aceite.
Funcionamiento: El receptáculo “A” normalmente lleno de aceite contiene dos flotadores “B” y “D” móviles alrededor de ejes fijos. Si a consecuencia de un defecto poco importante se producen pequeñas burbujas de gas, éstas se elevan en la cuba del transformador y se dirigen hacia el depósito conservador de aceite. Estas burbujas son captadas por el aparato y almacenadas en el receptáculo. Como consecuencia, el flotador superior “B” se inclina, y cuando la cantidad de gas es suficiente, cierra sus contactos “C” que alimentan al circuito de alarma “D”.
Si continua el desprendimiento de gas, el nivel de aceite en el receptáculo, baja hasta que los gases puedan alcanzar la tubería que los lleva hasta el depósito conservador. Una observación de la cantidad y el aspecto de los gases desprendido permite localizar la naturaleza y la gravedad del defecto. El color de los gases, da una buena identificación sobre el lugar donde se ha producido el defecto; ejemplo:
· Gases blancos, proceden de la destrucción de papel.
· Gases amarillos, proceden de la deteriorización de piezas de madera.
· Gases negros o grises, proceden de la descomposición del aceite.
El flotador inferior “B” conserva su posición de reposo mientras sea lento el desprendimiento de gases. Si el defecto se acentúa, el desprendimiento se hace violento y se producen grandes burbujas, de tal forma que a consecuencia del choque el aceite refluye bruscamente a través de la tubería hacia el depósito conservador de aceite. Este flujo de aceite encuentra al flotador “B” y lo acciona lo que provoca la desconexión “F” del interruptor en el lado de alta y baja tensión poniendo al transformador fuera de servicio. Como lo muestran las figuras 2.5 y 2.6
Fig. 2.5
Funcionamiento del relevador Buchholz
Figura 2.6
Relevador Buchholz (63T)
Válvula de sobrepresión (63P).
La válvula de sobrepresión de diafragma es un dispositivo que va colocado en la tapa superior del transformador. Consta de un recipiente tubular y una membrana que resiste una presión determinada y que se fractura cuando la presión interior del tanque se torna peligrosa. Esto ocurre por ejemplo cuando se presenta un cortocircuito en el lado primario o bien cruzamiento entre devanados lo que provoca una elevación de temperatura, provocando un aumento de presión y como consecuencia fractura de la membrana, permitiendo así la salida del aceite y gases hasta equilibrar las presiones, evitando con ello que el tanque llegue a explotar como se ilustra en la figura 2.7.
Figura 2.7
Válvula de sobrepresión
Sistema de preservación del aceite o inertaire.
Aunque el aceite de los transformadores es un producto de alto grado de refinación, no es químicamente puro, es una mezcla de hidrocarburos con otros compuestos naturales que no son perjudiciales. Existe cierta evidencia de que unos cuantos de estos compuestos son benéficos para retardar la acción oxidante del aceite. Aunque éste no sea una sustancia pura, unas cuantas impurezas son destructivas para sus propiedades dieléctricas. Los factores que dan mas problemas son el agua, el oxígeno y la infinidad de compuestos que se forman por la acción conjunta de éstos a temperaturas elevadas.
El agua en suspensión en cantidades pequeñas ocasiona una seria disminución de la resistencia dieléctrica, razón primordial para preocuparse por la humedad en el aceite del transformador, empero, puede no ser el aceite mismo, si no el papel y el cartón prensado que la absorbe rápidamente, lo que incrementa la pérdida dieléctrica y bajando la resistencia dieléctrica a la vez que se acelera el envejecimiento del papel.
Se reconoce, en general en la actualidad, que la mejor respuesta para el problema del aire y el agua es eliminarlos y mantenerlos fuera. Para tal fin, en la práctica se sellan completamente los tanques de los transformadores. Se emplean alrededor de tres esquemas básicos en los transformadores como sigue:
Un espacio grande para gas arriba del aceite, del tamaño suficiente para absorber la dilatación y la contracción sin variación excesiva de la presión. Inevitablemente puede haber algo de aire presente en el espacio para el gas en el momento de la instalación, pero pronto se combina el oxígeno en su mayor parte con el aceite sin ocasionar un deterioro significativo, y deja una atmósfera formada principalmente por nitrógeno.
Una atmósfera de nitrógeno arriba del aceite, mantenida en un intervalo de presión positiva moderada por medio de un tanque de almacenamiento de nitrógeno comprimido y válvulas de operación automática. Este esquema tiene la ventaja de que impide la entrada del aire o de humedad mediante la presión positiva interna continua, y la desventaja de tener un costo alto.
Un sistema de preservación del aceite a presión constante consiste en un tanque de expansión con un diafragma flexible de hule sintético que flota sobre la superficie del aceite. Este esquema tiene las ventajas de que el aceite nunca está en contacto con el aire. La desventaja es el costo más alto. Se han ideado diversas variantes mecánicas y elaboraciones de esta idea general.
El equipo inertaire es un sistema que asegura una larga vida de los aislamientos y una insignificante deterioración del aceite, al eliminar el oxigeno y la humedad que se podría absorber hacia el interior del transformador como este sufre variaciones en la temperatura del aceite, manteniendo un acojinamiento de nitrógeno seco por encima del aceite dieléctrico como se ilustra en la figura 2.8.
· Gases amarillos, proceden de la deteriorización de piezas de madera.
· Gases negros o grises, proceden de la descomposición del aceite.
El flotador inferior “B” conserva su posición de reposo mientras sea lento el desprendimiento de gases. Si el defecto se acentúa, el desprendimiento se hace violento y se producen grandes burbujas, de tal forma que a consecuencia del choque el aceite refluye bruscamente a través de la tubería hacia el depósito conservador de aceite. Este flujo de aceite encuentra al flotador “B” y lo acciona lo que provoca la desconexión “F” del interruptor en el lado de alta y baja tensión poniendo al transformador fuera de servicio. Como lo muestran las figuras 2.5 y 2.6
Figura 2.8
Preservación del aceite o inertaire
El nitrógeno se suministra a baja presión desde una válvula reductora y se alimenta automáticamente al interior del transformador siempre que la presión interna del tanque descienda a menos de 0.5 lb/in2 . El nitrógeno esta contenido en un cilindro de acero a una presión de 2000 lb/in2 y el equipo inertaire regula esta presión bajándola hasta 0.5 lb/in2 .
1. Cuando la presión del nitrógeno contenido en el cilindro de acero baja a 200 lb/in2 es decir, cuando el contenido del cilindro es aproximadamente el 10% de su capacidad total.
2. Cuando la presión en el interior del tanque del transformador alcanza el valor de 8.0 lb/in2 .
3. Cuando se forma vació de –2.5 lb/in2 (presión negativa en el interior del transformador) al dejar que el contenido del nitrógeno del cilindro de acero se vacié por completo.
En la figura 2.9 se muestran los dispositivos con que cuenta el transformador de potencia, aunque algunos solamente son alarmas y no provoca un disparo sobre los interruptores, además se muestran los dispositivos que si están provistos de alarmas y que disparan a los interruptores ya sea de alta o baja del transformador.
Figura 2.9
Dispositivos del transformador de potencia
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